镁离子浓度的改变致脑出血后脑水肿形成的作用机制

王 闯黄晶晶

镁离子浓度的改变致脑出血后脑水肿形成的作用机制

王 闯1黄晶晶2

脑水肿形成的病理过程十分复杂，其中胶质细胞和神经细胞的氧化损伤、代谢障碍、离子泵失调导致钾、钠、钙、镁等离子代谢及交换障碍均可造成细胞毒性脑水肿的发生。目前国内关于镁离子（Mg2+）水平改变与脑水肿形成关系的相关报道少见，本文就镁离子参与脑水肿形成的可能机制进行阐述。

镁离子；脑水肿；发病机制

脑出血（intracerebral hemorrhage,ICH）是指非外伤性原发性脑实质内出血，严重威胁着人类身体健康。而脑出血后脑水肿的发生及持续存在是导致继发性神经损害的一个关键因素，关系到病情的发展变化。近些年关于镁离子（Mg2+）在脑水肿的形成与发展过程中的作用日益受到人们的广泛关注。

1 Mg2+对脑细胞能量代谢的影响

脑细胞的能量代谢紊乱不仅是细胞性脑水肿发生的基础，同时也参与了血管源性脑水肿的发生发展。Mg2+作为酶的辅助因子参与蛋白质、脂类及糖类的代谢，与氧化磷酸化反应相关酶系统的生物活性关系极为密切，Mg2+能激活磷脂酶，使ATP的有机磷酸基团发生水解、转移、反应并参与细胞基质的氧化磷酸化过程，与所有ATP参与的反应有关。Mg2+不仅是细胞呼吸酶系统及糖类代谢过程中不可或缺的辅助因子，也是蛋白质、DNA和高能化合物合成的必需离子；Mg2+对神经细胞损伤的修复、再生、维持细胞膜结构的完整性及组织的抗氧化应激方面起着十分重要的作用。Mg2+的下降不仅可造成细胞多种能量代谢障碍、酶活性降低，而且线粒体内缺Mg2+会使大量Ca2+聚集造成Ca2+超载，使线粒体肿胀、嵴断裂等亚细胞结构损坏和细胞氧化磷酸化脱偶联，从而加重细胞能量代谢障碍[1]。因此，Mg2+在维持脑组织正常生理活动所需能量的产生、转移、利用及储存等过程中发挥着非常重要的作用。

2 Mg2+对细胞膜离子通透性的影响

细胞内Mg2+的分布同K+类似，对Na+、K+、Ca2+等离子的跨膜转运、维持细胞内外及亚细胞水平各离子浓度，拮抗细胞内Ca2+离子的超载，增强细胞膜的稳定性等方面起着关键作用[2-3]。脑损伤或脑出血后，细胞内K+丢失的同时常伴有Mg2+浓度降低。通常情况下，Mg2+一方面可激活Na+-K+泵，使细胞外K+重新泵入细胞内，保持细胞内持续的高K+状态，同时使细胞内Na+外流；此外Mg2+通过Na+-Mg2+交换也促使一部分Na+外流，防止细胞内Na+过多聚集。另一方面细胞外的Mg2+与Ca2+竞争结合位点，天然拮抗Ca2+的内流；还能通过Mg2+-Na+交换来抑制Ca2+-Na+交换，从而减少Ca2+内流，且细胞外Mg2+尚可直接通过Mg2+-Ca2+交换促使Ca2+的外流。而细胞内Mg2+还能抑制线粒体对细胞外Ca2+的摄取，防止细胞内Ca2+超载引起的线粒体肿胀损伤及脑组织继发性损害[4]。总之，Mg2+的降低将影响细胞离子代谢的各个环节，导致细胞内K+丧失，而Na+、Ca2+大量内流，同时水进入细胞内使脑细胞急性肿胀。

3 Mg2+对抗氧化作用的影响

镁对抗自由基生成及抗氧化作用的机制尚不十分明确，有研究表明，Mg2+参与了自由基生成和清除过程中的许多酶反应。Mg2+能有效抑制脑外伤时活性氧（ROS）的上升和超氧化物歧化酶（SOD）的降低[5]。Mg2+对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶（该酶能促使产生超氧根）的活性有抑制作用，从而减少氧自由基的产生。细胞外Mg2+减少时，会使花生四烯酸CoA合成酶的活性下降，从而减少花生四烯酸嵌入到膜磷脂中的量，使环氧酶对氨基酸的利用度增加，进而激活磷脂酶A2引发花生四烯酸代谢瀑布形成，产生大量氧自由基。另外，Mg2+的降低将使细胞内Ca2+增加，导致黄嘌呤氧化酶大量产生，从而活化ATP酶使ATP过多分解，而ATP降解产物次黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶催化下又产生各种自由基反应，导致膜的过氧化反应使膜结构与功能遭到破坏。适量增加Mg2+可使上述各环节自由基的生成减少，防止脂质过氧化造成的细胞膜结构破坏和细胞内离子的内环境改变[6]。

此外，镁在拮抗兴奋性氨基酸对细胞的神经毒性、阻滞Ca2+过多进入细胞内、对抗血管痉挛、增加脑血流、抑制单胺类神经递质过度释放等方面起着不可替代的作用。Vink等[7]应用31P磁共振分光技术来测量实验性脑损伤后神经细胞以及脑组织中Mg2+的含量变化，发现颅脑损伤后脑组织神经细胞中游离Mg2+的含量明显下降，且在受伤脑区脑组织内Mg2+含量下降最显著，而且Mg2+下降程度和脑损伤程度明显呈负相关性，即损伤越严重Mg2+浓度降低愈加明显。

以上这些方面充分说明了Mg2+在脑出血后细胞性脑水肿的病理发展过程中起着非常重要的作用。从而联系临床实际，可以考虑采用镁剂治疗和控制脑出血后的脑水肿的发生和发展。当然，镁剂的应用和治疗效果还需做大量的临床和动物实验来证明。

[1] McIntosh TK,Faden AI,Yamakami I.Magnesium deficiency exacerbates and pretreatment improves outcome following traumatic brain injury in rate:31P magnetic resonance spectroscopy and behavioral studies[J].JNeurotrauma,2008,5(1):17-31.

[2] Vander Hel WS,Van den Bergh WM,Nicolay K,et al. Suppression cortical Spreading depressions after magnesium treatment in the Rat[J]. Neuroreport,2006,9(10):2177-2182.

[3] Vink R,Heath DL,Mclntosh TK,et al.Acute and prolonged alterations in brain free Magnesium following fluid percussioninduced brain trauma in rats[J].Neurochem,1996,66(6):2477-2483. [4] Lemke M, Faden AI. Edema development and ion changes in rat spinal cord after impact trauma: injury dose-response studies[J].J Neurotrau-ma,2010,7(1):41-54.

[5] Lawrence A,Steven C,Sean M,et al.Maguesium reduces free radicals in a in vivo coronary occlusionreperfusion model[J]. JAm Coll Cardiol,2004,3(9):536-539.

[6] Nigam S,Averdunk R,unther T.Alteration of prostanoid metabolism in rats with magnesium deficiency[J].Prostag Landins Leukot Med, 2006,23(1):1-10.

[7] Vink R,mclntosh TK,Demdeiuk P,et al.Decline inintra cellular free Mis assoeiated with irreversible tissue injury after brain trauma[J].J Biol Chern,2008,26(2):757-761.

R722.15＋1

A

1673-5846(2014)08-0287-02

1牡丹江医学院红旗医院，黑龙江牡丹江 157011

2牡丹江红旗医院感染科，黑龙江牡丹江 157011

王闯，医学硕士

黄晶晶，医学硕士。E-mail：youya_1984@126.com